Лунные затмения

Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №3

Центрального района  г. Волгограда

   Городской конкурс  

                                                                           учебно-исследовательских работ

            «Я и Земля» им. В.И.Вернадского

Лунные затмения

Секция астрономии

                                        Выполнила:

Семёнова Мария Алексеевна,

ученица 8 «Б» класса

Научный руководитель:

Ушакова Тамара Павловна,

лектор высшей категории

Волгоградского планетария

Учитель:

Димитренко Марина Леонидовна,

учитель физики высшей категории

Волгоград  2012

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

Глава 1. Луна – естественный спутник Земли

1.1. Общая характеристика Луны ……………………...…………..……………4

1.2. Физические свойства Луны …………………………………………………6

1.3. Исследование лунных затмений…………………………………………….8

Глава 2. Практическая часть….……………………………….........................9

Заключение………………………………………………………………...11

Библиография……………………………………………………………..12

Приложения………………………………………………………………...13

Введение

Луна – единственный спутник нашей планеты. Она оказывает сильное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы в водной оболочке Земли, тормозит ее вращение, управляет биоритмами растений, животных и человека. Луна дарит нам два удивительных, редких явлений природы – солнечное и лунное затмение. Исследования окраски Луны во время полного лунного затмения дают материал для изучения структуры земной тени и состояния верхних слоев атмосферы Земли.

Цель работы – исследовать по фотографиям полное лунное затмение, наблюдаемое 15, 16 июня 2011 года в обсерватории Волгоградского планетария.

Поставленную цель можно реализовать, решив следующие задачи:

1. изучить движение Луны;
2. определить условия наступления лунного затмения;
3. провести анализ фотографий лунного затмения для определения размеров земной тени, доказательства наличия земной атмосферы, оценки цвета и темноты затмения.

Глава 1

Луна – естественный спутник Земли

Луна удалена от Земли на среднее расстояние 400 тыс. км.  Из-за небольшой эллиптической орбиты она бывает ближе всего к Земле – в перигее, тогда до нее 363 тыс. км, и наиболее удалена от Земли – в апогее, тогда до нее 405 тыс. км. За 27,3 суток Луна совершает один оборот вокруг Земли, этот период называется сидерическим.  Земля за это время перемещается по своей орбите, вращаясь вокруг Солнца, в результате чего повторение лунных фаз происходит через 29,5 суток. Этот период называется синодическим.

 Различают четыре основные фазы Луны: новолуние, первая четверть, полнолуние и последняя четверть. В новолунии, находясь между Солнцем и Землей Луна, как правило, не видна (см. Приложение 1). Но если новолуние происходит в точке пересечения лунной и земной орбит, то случаются полные солнечные затмения. Орбита Луны наклонена к земной орбите под углом примерно 5 ˚, таких точек пересечения две, их называют лунными узлами. В одном календарном году может быть только два полных солнечных затмений, а вот частных солнечных затмений в году может быть даже 5. По два у каждого лунного узла и еще одно попадает в календарный год из следующей пары частных затмений. В 1935 году было 5 частных лунных затмений. Ближайший год, в котором будет 5 солнечных затмений – 2206 год. Первые два – в начале года, в январе, следующие два – через полгода, в июле, и пятое – в декабре. Когда же во время полнолуния Луна попадает в тень Земли, наступает лунное затмение. Лунные затмения бывают реже солнечных, но их наблюдает большее количество людей, потому, что солнечное затмение – это оптический эффект: по Земле бежит лунная тень с поперечником менее 300 км, только в этой узкой полосе люди видят черное Солнце – полную фазу солнечного затмения, которая даже максимально длится лишь 7 минут 31 секунду. В других же местах в этот момент – либо частные затмения, либо вовсе никакого. А вот при полном лунном затмении Луна действительно погружается в тень Земли, это физическое явление, и видят его все жители ночного полушария Земли, где Луна находится над горизонтом, поэтому число наблюдателей лунного затмения во много раз превосходит число тех жителей Земли, которые находятся в лунной тени.

В VI – VII веках до нашей эры,  в Вавилоне, был открыт «сарос» - цикл повторяемости затмений Солнца и Луны [2] . Продолжительность сароса составляет 18 лет и 11,3 дня ( или 18 лет и 10,3 дня, если за это время было 5 високосных лет). В среднем в саросе бывает 43 солнечных и 28 лунных затмений. В 223 синодических лунных месяцах содержится 242 драконических лунных месяца – когда Луна возвращается к одному и тому же лунному узлу. 223 синодических месяца = 6585,32  солнечных суток

242 драконических лунных месяца = 6585,36 солнечных суток.

Разница мала, всего лишь 0,04 солнечных суток. Это приводит к тому, что через сарос затмение проходит не точно в том месте, где было цикл назад, а смещается на 120˚ к западу по долготе и немного по широте, т.е. смещаются по земной поверхности. С учетом этих поправок, удается создавать «каноны затмений» на 1000 лет, как в прошлое, так и в будущее. В 2012 году на территории России не будет ни одного лунного и солнечного затмения. 20-21 мая – в южном полушарии земли будет наблюдаться кольцеобразное затмение Солнца. 13-14 ноября – в южном полушарии Земли будет полное солнечное затмение. Полного лунного затмения – ни одного за весь 2012 год, но будет частное теневое лунное затмение 4 июня, конец которого будут наблюдать жители Дальнего Востока нашей страны. 28 ноября 2012 года – полутеневое лунное затмение, незаметное для глаза, фиксируется лишь чувствительными приборами, будет наблюдаться на северо-востоке Европейской части России и в Сибири.

1. 2. Физические свойства Луны

По размерам Луна уступает Земле по диаметру в 4 раза, по массе – в 81 раз. Сила тяжести на Луне в 6 раз меньше земной, т.е. человек, весящий на Земле 60кг, на Луне будет весить 10 кг. Легче и улетать от Луны: если вторая космическая скорость (скорость освобождения) для Земли равна 11,2 км/с, то для Луны – всего 2,38 км/с. Луна менее плотное тело, чем Земля. Средняя плотность Луны составляет 3,34 г/см3.

С Земли видна лишь одна сторона Луны. У нашего спутника в точности совпадают два периода: период обращения вокруг Земли  (сидерический месяц) и период обращения вокруг собственной оси, он также равняется 27,3 суток. Такое вращение небесного тела называют синхронным  и характерно не только для Луны, но и для больших спутников Юпитера и Сатурна.

Но с Земли мы видим не 50% лунной поверхности, а 60% за счет либрации (покачивания) Луны по долготе и широте. Причиной является наклон экватора Луны к ее орбите и эллиптичность лунной орбиты.

В полнолуние мы наблюдаем темные, круглые пятна, так называемые «моря», есть даже один «океан бурь». На молодую, формирующуюся Луну падали метеориты, осколки астероидов, ядра комет. Они пробивали лунную кору и изливалась лава. Некоторые глубокие кратеры становились вулканами, но их активная деятельность уже в далеком прошлом. Так образовались лунные «моря», по возрасту более молодые, чем светлые области – материки. «Моря» занимают примерно 17% поверхности Луны, а материки – 83%. Когда была получена фотография обратной стороны Луны, оказалось, что обратная сторона имеет преобладающий материковый рельеф, т.е. видимая и обратная сторона Луны сильно отличаются. За миллиарды лет центр Луны сместился к обращенной к Земле стороне, кора Луны стала тоньше и лава легче прорывалась на видимую сторону.  Воздействие Земли на Луну затормозило ее вращение и развернуло одной стороной к Земле. В древности Луна была ближе к Земле и вращалась вокруг своей оси заметно быстрее. Луна продолжает удаляться от Земли примерно на 2 см в год. Но и Луна тормозит вращение Земли. В далеком будущем и Земля будет обращена к Луне одной своей стороной.

1.3. Исследование лунных затмений  

История изучения лунных затмений уходит далеко в прошлое. Первое полное лунное затмение зарегистрировано в древнекитайских летописях. С помощью расчетов удалось вычислить, что оно произошло 29 января 1136 г. до н. э. Еще три полных лунных затмения зафиксированы в «Альмагесте» Клавдия Птолемея 19 марта 721 г. до н. э., 8 марта и

1 сентября 720 г. до н. э. В истории часто описываются лунные затмения [5]  , что очень помогает установить точную дату того или иного исторического события. Например, военачальник афинской армии Никий испугался начавшегося полного лунного затмения, в армии началась паника, что привело к гибели афинян. Благодаря астрономическим расчетам удалось установить, что это произошло 27 августа 413 г. до н. э.

Луна изучается с Земли при помощи телескопов  [4]. Первым посмотрел в телескоп на Луну Галилео Галилей в 1609 году. Название кратерам и «морям» на Луне давались великим польским астрономом Яном Гевелием. Горные степи же получили называния земных горных систем – Альпы, Кавказ и т.д.

Наша страна активно изучала Луну – всего к Луне у нас запущено 24 автоматические станции. В ближайшие годы в нашей стране планируется новый этап исследований Луны. США по программе «Аполлон» отправили 6 экспедиций с астронавтами. Первый человек – Нил Армстронг ступил на Луну 20 июля 1969 года.

Глава 1

 Практическая часть

 Условия получения фото лунного затмения

Время, в течение которого матрица или фотопленка фотоаппарат подвергается воздействию света, называется выдержкой экспозиции, или просто выдержкой фотоаппарата. Измеряется обычно в долях секунды. Чаще всего употребляется только знаменатель дроби, т.е. если выдержка 250 – значит, затвор камеры отработал 1/250 секунды. Для получения фото лунного затмения нужна выдержка примерно 50 и ISO (чувствительность) 1600.

 Ход затмения

Полное теневое лунное затмение началось в 22:33 минуты 15 июня 2011 г. Левый край полной Луны стал погружаться в Земную тень. Через 1 час, в 23:23 минуты Луна полностью погрузилась в земную тень. Момент максимальной фазы лунного затмения наступил в 0:13 уже 16 июня 2011 года. Продолжительность лунной фазы затмения составила 1 час 41 минуту.

После 1:04 начался выход Луны из земной тени. Полное теневое затмение Луны закончилось в 2 часа 03 минуты (см. Приложение 1).

 Измерение тени Земли

Обычно земная тень на расстоянии примерно 400000 км превосходит Луну в 2,5 раза. В данном случае земная тень превышает Луну примерно в 2,7 раза, поэтому Луна затенена целиком.

Доказательства наличия земной атмосферы по фотографиям

Внимательно рассмотрев фотографии можно увидеть, что тень земной тени размыта, что говорит о наличии земной атмосферы.

Шкала Данжона [1] , оценка цвета и темноты затмения

Полные затмения различаются цветом и яркостью. Существует специальная шкала, называемая шкалой Данжона (в честь французского астронома Андре Данжона, 1890–1967), по которой принято оценивать окраску и яркость Луны во время затмения.

0 – затмения очень темные, в середине затмения Луны почти не видно.

1 – затмение тёмно-серое, детали поверхности Луны различаются с трудом.

2 – затмение темно-красное или рыжеватое, в середине затмения центр более темный.

3 – цвет кирпично-красный, тень окружена серовато-желтой каймой

4 – затмение медно-красное, очень яркое, видны основные детали поверхности луны, кайма светло-голубая.  

Проанализировав фотографии, можно сделать вывод, что это затмение по шкале Данжона имело 2 балла.

заключение

  Луна – ближайшее к Земле небесное тело и поэтому лучше всего изучено человеком.  Лунное затмение – особенное природное явление, когда Луна попадает в конус земной тени, которую отбрасывает освещаемый Солнцем земной шар. Размытость земной тени доказывает наличие земной атмосферы.  По цвету Луны во время полного затмения узнают состояние земной атмосферы: Луна темная, следовательно, земная атмосфера загрязнена. Извержения вулканов, мощные пожары – все отражается на атмосфере Земли. Если сравнить снимки полных лунных затмений разных лет, то можно увидеть разницу в цвете. Например, затмение 6 июля 1982 года было красноватым, а затмение 20 января 2000 года имело коричневый оттенок.

Наблюдения лунных затмений позволяют ученым получать важные сведения об атмосфере Земли и движении Луны.

Выполненную работу можно использовать в качестве учебного пособия при изучении главы «Астрономия» на уроках физики и для популяризации астрономических знаний среди школьников.

.

Библиография

1. Каретников В.Г. Одесский Астрономический календарь 2011. М. : Одесская астрономическая обсерватория, 2010.
2. Левитан Е.П., Астрономия, Учебник для 11кл.общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2005.
3. Мур П. Астрономия с Патриком Муром. М. : ФАИР-ПРЕСС, 1999.
4. Фролов В.И. Звездный дом Волгограда: Волгоградский планетарий. Волгоград : Издатель, 2004.
5. Что такое лунное затмение и как его наблюдать? URL: http://astro-bratsk.ru/content-observer/57-moon-eclipse.html.

        Приложение 1

Ход лунного затмения 15, 16 июня 2011 года

Приложение 2

Фотографии лунного затмения 15, 16 июня 2011 года